三维应力下花岗岩剪切变形破裂特征试验研究

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岩石是一种由多种矿物质组成的非均质体,所以岩石的性质比较复杂。在自然界以及工程中,岩石的受力状态十分复杂,所以研究岩石的破坏规律具有一定的困难。岩体失稳破坏的主要形式之一是剪切破坏,包括单面剪切和双面剪切。岩石在不同应力状态下的破裂规律具有很大的差别,所以研究岩石在不同应力状态下的破裂特征有重大意义。鉴于以上分析,本文进行了不同应力条件下花岗岩的单面剪切和双面剪切破坏特性的试验研究,比较不同应力状态下剪应力-位移曲线中各个阶段的特点,同时结合声发射技术,进一步探讨岩石破坏过程中各个阶段的声发射特征,并借助3D激光扫描仪扫描剪切面的表面形貌,以更好的把握岩石破裂规律。通过研究发现:  (1)花岗岩单面剪切和低法向应力的双面剪切破裂全过程中,剪应力-位移曲线大致可以分成4个阶段:加载调整段(OA)、弹性变形段(AB)、弹塑性变形段(BD)、峰后变形段(DE)。但是双面剪切过程中,当法向应力大于50MPa时,例如70MPa时,花岗岩破裂过程的剪应力-位移曲线多出了一段很长的塑性变形强化段,表现出了很强的塑性。  (2)花岗岩单面剪切破坏过程中,随着法向应力的增加,岩样的峰值抗剪强度、残余抗剪强度、弹性变形段斜率以及峰值强度与残余强度之比都逐渐增加,花岗岩的单面剪切摩擦系数逐渐减小。  (3)花岗岩双面剪切破坏过程中,随着法向应力的增加,岩样的峰值抗剪强度和残余抗剪强度逐渐增加,弹性变形段斜率和峰值强度与残余强度之比逐渐减小,双面剪切摩擦系数先增大再减小。  (4)在花岗岩单面剪切过程中,随着法向应力的增加,当剪应力达到花岗岩的峰值抗剪强度时,声发射计数和能量先增大后减小,声发射计数累计和能量累计逐渐减小。  (5)在花岗岩双面剪切过程中,随着法向应力的增加,当剪应力达到花岗岩的峰值抗剪强度时,声发射计数、能量和能量累计逐渐增大,声发射计数累计先减小后增大。  (6)花岗岩单面剪切和双面剪切破坏后,随着法向应力的增加,[-θp]x的值逐渐减小。说明法向应力越大,剪切面凹凸不平度越小。
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